專利名稱：電池組和使用它的電動工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多個電池的電池組以及使用這種電池組的電動工具。
背景技術(shù)：
作為用于電動工具中的電池，一般地使用鎳鎘二次電池。但是，近來開始使用鎳氫二次電池。在電動工具的高功率趨勢中，要求電動工具中的電池組經(jīng)受住高耐壓和強放電，因此用在一個電池組中的二次電池數(shù)迅速地增加。
以往這種電池組的結(jié)構(gòu)如圖5所示，將多個圓柱型的二次電池1堆積成層狀，通過端子對每個電池1的電極進行串聯(lián)或者并聯(lián)。
二次電池、例如封閉型鎳鎘二次電池和鎳氫二次電池會由于在充放電時產(chǎn)生的焦耳熱和由于氣體吸收反應的反應熱而溫度升高。因此，當如以往的電池組那樣將多個電池單元設置在特定的空間中時，電池溫度可以達到80℃(放熱溫度隨著電池的充電電流和放電特性而不同)。當將多個電池疊成層狀時，位于多個電池中央的電池散熱特性差，這是因為被其它電池圍繞，中央位置的電池溫度上升比其它的電池高的緣故。
此外，因為熱會向上傳輸，所以位于電池堆上面的電池溫度比位于電池堆下面的電池溫度高。因此，電池溫度上升并且各個堆積的電池具有相互不同的溫度。一般地說，堿性二次電池在高溫下充電特性差并且充放電周期壽命特性劣化。
為了防止電池的溫度上升，例如在日本特開平7-14616號公報中公開了將金屬板設置在電池之間并從其一端散熱的方法。在日本特開平6-223804號公報中公開了僅僅在設置在堆積的電池的中央的電池中設置收集板的方法。
當具有堆積電池的電池組用于電動工具中時，將電池組放在電動工具主體的放電部分中。在這種結(jié)構(gòu)中，在負載時提供電力，在放電后，放置在充電器的充電部分進行充電。
但是，在這種結(jié)構(gòu)中，因為位于堆積電池中央的電池被其它電池包圍，所以其散熱性差。因此，由于充電時產(chǎn)生的熱，使中央電池溫度升高，并使中央電池的充電效率降低。當電池放電時，因為電動工具的電動機被驅(qū)動，所以有大電流流過。隨著大電流的流過，電池溫度進一步升高。
本發(fā)明的目的在于提供一種電池組，這種圓柱型的二次電池組通過降低由于發(fā)熱的電池的溫度上升，抑制充電特性的降低和壽命的劣化。本發(fā)明還提供一種使用這種電池組的電動工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電池組，包括多個堆積的二次電池，封入所述多個二次電池的電池箱，設置在位于所述多個二次電池中心的二次電池附近的熱收集器，設置在所述電池箱一側(cè)的散熱器，所述散熱器與所述熱收集器耦合，設置在所述電池箱另一側(cè)的傳熱板，設置在所述熱收集器與所述散熱器之間的第一傳熱單元，和設置在所述熱收集器與所述傳熱板之間的第二傳熱單元。
較佳的是，所述多個二次電池的每個二次電池具有圓柱形狀。
較佳的是，將多個二次電池堆積成稻草包狀態(tài)。
在這種結(jié)構(gòu)中，能抑制電池組由于電池的充放電產(chǎn)生的熱。在使用中能防止放電特性的劣化，得到具有優(yōu)良放電特性的二次電池組。
本發(fā)明的電動工具，包括外殼，設置在所述外殼內(nèi)的電源單元，設置在所述外殼內(nèi)的接頭(junction)，設置在所述接頭上的外部熱收集板，并將所述外部熱收集板設置成與作為驅(qū)動電源的電池組接觸連接。
較佳的是，所述電動工具還包括將所述電池組設置成與所述外部熱收集板接觸。
較佳的是，所述電動工具還包括在所述外殼上形成的開口，將外部散熱器設置在所述外殼的所述開口附近，通過所述開口釋放所述外部散熱器的熱。
較佳的是，所述電動工具還包括在所述外殼上形成的開口，將外部散熱器設置在所述外殼的所述開口附近，將外部傳熱單元設置在所述外部熱收集板與外部散熱板之間，通過所述外部熱收集板、所述外部傳熱單元和所述外部散熱器，從所述開口釋放在所述電池組中產(chǎn)生的熱。
在這種結(jié)構(gòu)中，能防止使用中驅(qū)動力的劣化，得到連續(xù)保持特定驅(qū)動力的電動工具。


圖1表示本發(fā)明實施例的電池組30的中央剖視圖。
圖2表示本發(fā)明實施例的具有電池組的電動工具40的剖視圖。
圖3表示沿著圖1中電池組30的線20a-20b的剖視圖。
圖4表示本發(fā)明實施例的安裝在充電器中的電池組30的側(cè)視圖。
圖5表示用于以往的二次電池組中的多個圓柱狀二次電池的立體圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例的電池組包括堆積成稻草包形狀的多個圓柱型二次電池和封入所述多個二次電池的電池箱。對這些多個二次電池電氣地進行串聯(lián)和/或并聯(lián)連接，構(gòu)成電池組。將熱收集器設置在電池組的中央。將散熱器設置在電池箱的一側(cè)，通過第一傳熱單元相互地連接熱收集器和散熱器。將傳熱板設置在散熱器的相對的一側(cè)上。通過第二傳熱單元連接熱收集器和傳熱板。
較佳的是，選擇具有高傳熱率的高傳熱聚合物、鋁和銅任一種材料或者其組合，構(gòu)成所述熱收集器。
作為傳熱單元，使用具有同一剖面面積的的金屬的10倍熱傳輸率的散熱管。
作為散熱器，使用片狀熱沉(fin type heat sink)，以便提高散熱特性。作為這種片狀熱沉的材料，使用具有高傳熱性的高傳熱聚合物、鋁和銅。
本發(fā)明實施例的電動工具包括外殼、外部散熱器、外部熱收集器、外部傳熱單元和電池組。外殼具有空氣的吸氣口和排氣口。將外部散熱器設置在空氣吸氣口附近或者排氣口附近。利用外部傳熱單元相互地連接外部散熱器和外部熱收集器。將外部熱收集器設置在電池組與電動工具主體之間的接頭的主體側(cè)。
作為外部熱收集器的材料，使用鋁、銅或者具有高傳熱性的高傳熱聚合物，或者其組合。
作為熱沉材料，使用鋁、銅或者具有高傳熱性的高傳熱聚合物。
下面，對本發(fā)明的實施例進行說明。
圖1表示本發(fā)明實施例的從圓柱型二次電池組30的中央切開的剖視圖。在圖1中，將多個鎳氫二次電池1設置在電池箱2內(nèi)。作為散熱器，將片狀熱沉3設置在電池箱2的外部。當電池組充電時，熱沉3具有釋放產(chǎn)生的熱的功能。將熱收集器5設置在多個電池的中央。熱收集器5具有有效地收集在電池1中產(chǎn)生的熱的功能。作為傳熱單元，設置連接在熱收集器5和熱沉3之間的第一散熱管6，第一散熱管6具有將在熱收集器5中收集的熱傳輸?shù)綗岢?的功能。將傳熱板4設置在電池箱2內(nèi)，將傳熱板4設置在熱沉3的相對側(cè)上。將傳熱板4設置在電池箱2的外部或者在電池箱2的一部分中。將作為傳熱單元的第二散熱管7設置在熱收集器5和傳熱板4之間。第二散熱管7具有將在熱收集器5中收集到的熱傳輸?shù)絺鳠岚?的功能。
圖2表示本發(fā)明實施例的使用電池組30的電動工具40的剖視圖。在圖2中，電動工具40包括外殼21、電動機12、電池組30、梯形外部熱沉10、外部散熱管9和外部熱收集板8。在框體14中形成空氣的吸氣和排氣口11。吸氣和排氣口11進行電動工具40中空氣的吸入和排出。電池組30具有與圖1所示的電池組相同的結(jié)構(gòu)。
圖3表示沿著正交于圖1中電池組30的剖面的線20a-20b的剖視圖。在圖3中，電池組30具有接頭13和端子14。接頭13具有安裝電池組30與電動工具40的功能。端子14具有電氣連接電動工具40的主體或者充電器15的功能。
圖4表示將電池組30安裝在充電器15中的側(cè)視圖。在圖4中，將與充電器15連接的軟線連接到AC電源(未圖示)。
下面，參照附圖對實施例進一步詳細地進行說明。
如圖1所示，將多個圓柱型的鎳氫二次電池1堆積成稻草包狀態(tài)，并設置在電池箱2內(nèi)。對多個電池1電氣地進行串聯(lián)或者并聯(lián)連接。所謂堆積成稻草包狀態(tài)是指將多個電池的每個電池設置在相互鄰接設置的電池間的上面位置或者下面位置。
如圖3所示，由其它電池1b圍繞設置在中央的電池1a。用熱收集器5覆蓋中央電池1a。由鋁、銅或者高傳熱性的高傳熱聚合物，構(gòu)成熱收集器5。將作為第一傳熱單元的第一散熱管6和作為第二傳熱單元的第二散熱管7設置成與熱收集器5接觸。
將散熱管6的一端連接到熱收集器5上，將第一散熱管6的另一端連接到作為散熱器的片狀熱沉3上。將片狀熱沉3設置在電池箱2的外側(cè)。作為熱沉3，以具有多片結(jié)構(gòu)為佳。利用多片增加表面面積，能顯著地改善散熱性能。作為熱沉3的材料，以鋁、銅或者具有高傳熱性的高傳熱聚合物為佳。
將第二散熱管7的一端連接到熱收集器5上，將第二散熱管7的另一端連接到傳熱板4上。
在圖2中，將外部熱收集板8設置在電動工具40和電池組30的外殼21的相互接觸面上。在電動工具40的內(nèi)部，具有用于將電動工具40中的熱釋放到外部的吸氣口和排氣口的開口11。在開口附近將外部熱沉10設置成外部散熱器。外部熱沉10具有格子形狀。借助于作為外部傳熱單元的外部散熱管9，相互連接外部熱收集板8與外部熱沉10。外部散熱管9具有金屬的100倍以上的熱傳導率。
下面，參照圖1到圖3對電池放電時(即，電動工具40動作時)電動工具的動作詳細地進行說明。作為電動工具，能使用電鉆、電刨、砂輪機或者其它由電池驅(qū)動的工具。
當電動工具40中的電動機12運轉(zhuǎn)時，在電池組30中的鎳氫二次電池1放電。利用這種放電，大約10到70A的電流I流動。當串聯(lián)或者并聯(lián)多個電池1時，通過例如每個電池1的內(nèi)部電阻和電氣連接電池1的連接導線的電阻的電阻R，產(chǎn)生焦耳熱。焦耳熱(Q)用Q＝I2R表示。因此，通過相應于流過電流的平方的量，產(chǎn)生焦耳熱。也就是說，產(chǎn)生的熱隨著電動工具40的驅(qū)動力功率增加而增加。
利用熱收集器5有效地收集通過電池放電從電池產(chǎn)生的熱。利用具有優(yōu)良熱傳輸率的散熱管9，將收集到的熱傳輸?shù)絺鳠岚?上。當電池組30與電動工具40結(jié)合時，將傳熱板4與外部熱收集板8設置成相互地緊密接觸。因此，通過傳熱板4能容易地將收集在熱收集器5中的熱傳輸?shù)酵獠繜崾占?上，并通過外部散熱管9進一步傳輸?shù)酵獠繜岢?0上。這樣，通過外部熱沉10將電池組30中產(chǎn)生的熱釋放到外部。
本實施例的電動工具40具有吸氣口和排氣口11，這種吸氣口和排氣口11將電動機12產(chǎn)生的熱從電動工具40的外殼21中釋放到外部。將外部熱沉10設置在排氣口11的附近，將外部熱沉10設置在接收由電動機12產(chǎn)生的風的位置上。這樣，外部熱沉10被空氣強制地冷卻。外部熱沉10被空氣強制地冷卻時，熱釋放效率為空氣中自然冷卻的熱釋放效率的10倍以上。因此，本實施例結(jié)構(gòu)中的外部熱沉10的表面能被顯著地減小。即，能小型化外部熱沉10，同時保證充分的熱釋放效率。
本實施例中的外部熱沉10的冷卻能力是大約10W到12W。其結(jié)果，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，在電池1放電時，至少能抑制大約10℃的溫度上升。
下面，參照附圖對電池組30的的充電時的熱釋放動作進行說明。
圖4是充電器15與電池組30結(jié)合的剖視圖。當將電池組設置在充電器15中時，與電池組30結(jié)合的熱沉3是向著上方。熱容易向上傳輸，第一散射管6也容易將熱向上傳輸。因此，利用設置在熱時間器5中的第一散熱管6，能將電池1的充電時產(chǎn)生的熱有效地傳輸?shù)綗岢?上，并且將這種熱從熱沉3上釋放。用這種方法，抑制電池組30的溫度上升。
本實施例中用于電池組30的熱沉30的冷卻能力大約是6W到8W，并能抑制10℃電池溫度的上升。
同時，在本實施例的電池組中，使用片型散熱器作為熱沉3，并使用格子型散熱器作為電動工具40的外部熱沉10，但不限于此，可以使用相同冷卻能力各種形狀的散熱器。
在本實施例中，使用二次電池作為電池，但也可以使用其它的電池。以用使用時伴隨發(fā)熱的電池為佳。特別，以伴隨著二次電池發(fā)熱的電池為佳。這種場合能得到顯著的效果。
此外，可以使用使用鋁、銅或者高傳熱聚合物，或者其組合，作為熱沉3、傳熱板4、熱收集器5、外部熱收集板8和外部熱沉10的材料。作為高傳熱聚合物可以使用復合高聚合材料，例如將具有優(yōu)良熱傳導性能的氧化鋁和氮化硼混合在例如硅橡膠或者樹脂等高聚合物中。
工業(yè)上的實用性通過對本發(fā)明的電池組和電動工具提供冷卻功能，能抑制在充電時二次電池的溫度上升，同時能抑制在放電時二次電池的溫度上升。其結(jié)果，能防止使用時放電特性的劣化，得到具有優(yōu)良放電特性的電池組。此外，能得到具有高功率的二次電池組。能確保二次電池的充放電的特性。此外，能顯著地提高充放電的壽命。在使用中也能防止驅(qū)動力的劣化，得到能連續(xù)確保優(yōu)良驅(qū)動能力的電動工具。
權(quán)利要求
1.一種電動工具，具有設有嵌合部的框體；設于所述框體上的電動部；與所述嵌合部連接的電池組；以及設于所述嵌合部與所述電池組之間的外集熱板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，在所述框體上形成開口，且在所述開口的附近設置外散熱單元，所述外散熱單元的熱量通過所述開口散熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，在所述框體上形成開口，且在所述開口的附近設置外散熱單元，在所述外集熱板與所述外散熱單元之間設置外傳熱單元，在所述電池組發(fā)生的熱量通過所述外集熱板、所述外傳熱單元、所述外散熱部而從所述開口散熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有傳熱板，所述傳熱板與所述外集熱板接觸，在所述電池組發(fā)生的熱量通過所述傳熱板、所述外集熱板散熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有散熱單元，在所述電池組發(fā)生的熱量通過所述散熱單元散熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有傳熱板和散熱單元，所述傳熱板與所述外集熱板接觸，在所述電池組發(fā)生的熱量從所述外集熱板和所述散熱單元散熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述外集熱板是用從鋁、銅及熱傳導性高分子組成的聚合物中選出的至少一種材料做成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所外散熱單元具有散熱片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述外集散熱單元是用從鋁、銅及熱傳導性高分子組成的聚合物中選出的至少一種材料做成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有多個堆積的二次電池；封入所述多個二次電池的電池箱；設置在位于所述多個二次電池中心的二次電池附近的集熱單元；與所述集熱單元連接且設于所述電池箱一側(cè)的傳熱板，所述外集熱板與所述傳熱板接觸，在所述多個二次電池上發(fā)生的熱量通過所述集熱單元、所述傳熱板、所述外集熱板散熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有多個堆積的二次電池；封入所述多個二次電池的電池箱；設置在位于所述多個二次電池中心的二次電池附近的集熱單元；與所述集熱單元連接且設于所述電池箱另一側(cè)的散熱單元，所述外集熱板與所述傳熱板接觸，在所述多個二次電池上發(fā)生的熱量被集中于所述集熱單元，集中于所述集熱單元的熱量從所述外集熱板和所述散熱部散熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有多個堆積的二次電池；封入所述多個二次電池的電池箱；設置在位于所述多個二次電池中心的二次電池附近的集熱單元；設于所述電池箱的一側(cè)且與所述集熱單元連接的散熱單元；設于所述電池箱另一側(cè)的傳熱板；設于所述集熱單元與所述散熱單元之間的第一傳熱單元；以及設于所述集熱單元與所述傳熱板之間的第二傳熱單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有多個堆積的二次電池；封入所述多個二次電池的電池箱；設置在位于所述多個二次電池中心的二次電池附近的集熱單元；設于所述電池箱的一側(cè)且與所述集熱單元連接的散熱單元；設于所述電池箱另一側(cè)的傳熱板；設于所述集熱單元與所述散熱單元之間的第一傳熱單元；以及設于所述集熱單元與所述傳熱板之間的第二傳熱單元，所述散熱單元暴露于所述電動工具的外方。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有多個堆積的二次電池；封入所述多個二次電池的電池箱；設置在位于所述多個二次電池中心的二次電池附近的集熱單元；設于所述電池箱的一側(cè)且與所述集熱單元連接的散熱單元；設于所述電池箱另一側(cè)的傳熱板；設于所述集熱單元與所述散熱單元之間的第一傳熱單元；以及設于所述集熱單元與所述傳熱板之間的第二傳熱單元，所述傳熱板與所述外集熱板連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動工具，其特征在于，所述電池組具有多個堆積的二次電池；封入所述多個二次電池的電池箱；設置在位于所述多個二次電池中心的二次電池附近的集熱單元；設于所述電池箱的一側(cè)且與所述集熱單元連接的散熱單元；設于所述電池箱另一側(cè)的傳熱板；設于所述集熱單元與所述散熱單元之間的第一傳熱單元；以及設于所述集熱單元與所述傳熱板之間的第二傳熱單元，所述傳熱板與所述外集熱板連接，所述散熱單元暴露于所述電動工具的外方。
全文摘要
在充放電期間抑制二次電池的溫度上升，其結(jié)果能防止電池組的放電能力的劣化，并能得到連續(xù)保持良好驅(qū)動力的電動工具。這種結(jié)構(gòu)包括多個堆積的二次電池；電池箱；設置在多個二次電池中心的熱收集器；設置在電池箱一側(cè)的散熱器；以及用于連接熱收集器與散熱器的第一傳熱單元。電動工具包括具有接頭的外殼，設置在所述外殼中的電源單元，連接在接頭上的電池組，以及與接頭和電池組接觸并設置在接頭和電池組之間的外部熱收集板。
文檔編號H01M10/50GK1540796SQ20041004220
公開日2004年10月27日 申請日期2000年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月5日
發(fā)明者暖水慶孝, 顯, 浦弘典, 橫尾定顯, 雄, 廣田道雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社